六面顶压机工作状态的监测预警方法、系统及存储介质与流程

本发明涉及机器结构测试，具体涉及一种六面顶压机工作状态的监测预警方法、系统及存储介质。

背景技术：

1、六面顶压机是一种用于高压实验和材料研究的重要设备，广泛应用于地质、材料科学和冶金等领域。其主要功能是通过均匀施加压力，研究材料在极端条件下的物理和化学性质。随着科学技术的进步，六面顶压机的设计和制造技术不断提升，但在实际应用中，设备的安全性和可靠性仍然面临挑战。现有技术主要依赖于传统的监测手段，如压力传感器和位移传感器，这些方法往往只能提供有限的静态数据，难以全面反映设备的动态工作状态。同时，现有技术在监测传感数据，仅通过简单的阈值判断方法，确定对应监测结构的正常和异常，存在监测精度低的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种六面顶压机工作状态的监测预警方法、系统及存储介质解决了现有技术存在监测精度低的问题。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种六面顶压机工作状态的监测预警方法，包括以下步骤：

3、s1、采集六面顶压机压头运动时的振动信号，构成汉克尔矩阵；

4、s2、根据汉克尔矩阵，构建主导频率矩阵；

5、s3、对主导频率矩阵的每一列提取频率特征值，构建主导频率均值序列和主导频率变化序列；

6、s4、采用双通道特征融合bp神经网络处理主导频率均值序列和主导频率变化序列，得到六面顶压机工作状态值。

7、进一步地，所述s2包括以下分步骤：

8、s21、对汉克尔矩阵的每行进行傅里叶变换，得到每行的频谱信息；

9、s22、将每行的频谱信息中频率值划分到四个区，其中，四个区包括：低频区、中频区、高频区和超高频区；

10、s23、在每个区中提取主导频率，构成主导频率矩阵，其中，主导频率矩阵中每行包括四个元素，第1个元素为低频区的主导频率，第2个元素为中频区的主导频率，第3个元素为高频区的主导频率，第4个元素为超高频区的主导频率。

11、进一步地，所述s23包括以下分步骤：

12、s231、在每个区中计算幅值的平均值，得到平均幅值；

13、s232、将一个区中大于平均幅值的幅值标记为候选幅值；

14、s233、在一个区中，提取候选幅值对应的频率值，并计算提取的各个频率值的均值，得到主导频率；

15、s234、将各个主导频率构成主导频率矩阵。

16、进一步地，所述s3包括以下步骤：

17、s31、对主导频率矩阵的每一列元素取平均值，将每一列元素的平均值作为元素构建主导频率均值序列；

18、s32、对主导频率矩阵的每一列元素计算频率变化系数，将每一列元素的频率变化系数作为元素构建主导频率变化序列。

19、进一步地，所述s32中计算频率变化系数的公式为：，其中，μi为第i个频率变化系数，fi,j为主导频率矩阵的第i列中第j个元素，i和j为正整数，n为一列中元素的数量。

20、进一步地，所述s4中双通道特征融合bp神经网络包括：第一通道、第二通道、通道耦合层和bp神经网络；

21、所述第一通道的输入端用于输入主导频率均值序列；所述第二通道的输入端用于输入主导频率变化序列；所述通道融合层的输入端分别与第一通道的输出端和第二通道的输出端连接，其输出端与bp神经网络的输入端连接；所述bp神经网络的输出端作为双通道特征融合bp神经网络的输出端。

22、进一步地，所述第一通道和第二通道均包括：依次连接的tanh层和bn层，其中，tanh层的表达式为：，其中，sn为tanh层输出的第n个特征值，xn为tanh层输入的第n个元素，wx,n为xn的权重，bx,n为xn的偏置，tanh为双曲正切激活函数，bn层用于对tanh层输出的多个特征值进行归一化处理，n为正整数。

23、进一步地，所述通道耦合层的表达式为：

24、，

25、其中，gn为通道耦合层输出的第n个特征值，g1,n为第一通道输出的第n个特征值，g2,n为第二通道输出的第n个特征值，wg1,n为g1,n的权重，wg2,n为g2,n的权重，bg1,n为g1,n的偏置，bg2,n为g2,n的偏置，w1为第一通道权重，w2为第二通道权重，n为正整数，σ为sigmoid激活函数，通道耦合层输出的四个特征值作为bp神经网络的输入。

26、一种六面顶压机工作状态的监测预警系统，包括：汉克尔矩阵构建单元、频率矩阵构建单元、特征提取单元和状态值预测单元；

27、所述汉克尔矩阵构建单元用于采集六面顶压机压头运动时的振动信号，构成汉克尔矩阵；

28、所述频率矩阵构建单元用于根据汉克尔矩阵，构建主导频率矩阵；

29、所述特征提取单元用于对主导频率矩阵的每一列提取频率特征值，构建主导频率均值序列和主导频率变化序列；

30、所述状态值预测单元用于采用双通道特征融合bp神经网络处理主导频率均值序列和主导频率变化序列，得到六面顶压机工作状态值。

31、一种存储介质，其上存储有程序，所述程序被处理器执行时实现上述的方法。

32、本发明的有益效果为：本发明通过对振动信号构建汉克尔矩阵，从而能够捕获设备在实际运行中的动态特征，提高监测的准确性，再根据汉克尔矩阵，构建主导频率矩阵，体现不同信号段中主导频率的情况，构建的主导频率均值序列反映主导频率的平均水平，构建的主导频率变化序列反映不同段信号主导频率的变化情况，更好的捕捉六面顶压机的工作情况，采用双通道特征融合bp神经网络的处理方式，能够更有效地融合频率均值序列和频率变化序列，实现对工作状态的综合评估，提高了对潜在故障的敏感性和诊断的准确率。

33、本发明通过构建汉克尔矩阵，保留了信号的时序特征，从而使得构建的主导频率矩阵能反映不同时间段主导频率的变化，能够精确捕捉到振动信号的频率变化，提高了监测精度。

技术特征：

1.一种六面顶压机工作状态的监测预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的六面顶压机工作状态的监测预警方法，其特征在于，所述s2包括以下分步骤：

3.根据权利要求2所述的六面顶压机工作状态的监测预警方法，其特征在于，所述s23包括以下分步骤：

4.根据权利要求1所述的六面顶压机工作状态的监测预警方法，其特征在于，所述s3包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的六面顶压机工作状态的监测预警方法，其特征在于，所述s32中计算频率变化系数的公式为：，其中，μi为第i个频率变化系数，fi,j为主导频率矩阵的第i列中第j个元素，i和j为正整数，n为一列中元素的数量。

6.根据权利要求1所述的六面顶压机工作状态的监测预警方法，其特征在于，所述s4中双通道特征融合bp神经网络包括：第一通道、第二通道、通道耦合层和bp神经网络；

7.根据权利要求6所述的六面顶压机工作状态的监测预警方法，其特征在于，所述第一通道和第二通道均包括：依次连接的tanh层和bn层，其中，tanh层的表达式为：，其中，sn为tanh层输出的第n个特征值，xn为tanh层输入的第n个元素，wx,n为xn的权重，bx,n为xn的偏置，tanh为双曲正切激活函数，bn层用于对tanh层输出的多个特征值进行归一化处理，n为正整数。

8.根据权利要求6所述的六面顶压机工作状态的监测预警方法，其特征在于，所述通道耦合层的表达式为：

9.一种六面顶压机工作状态的监测预警系统，其特征在于，基于权利要求1~8任一项所述的六面顶压机工作状态的监测预警方法实现，其特征在于，包括：汉克尔矩阵构建单元、频率矩阵构建单元、特征提取单元和状态值预测单元；

10.一种存储介质，其上存储有程序，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1~8任一项所述的方法。

技术总结
本发明公开了一种六面顶压机工作状态的监测预警方法、系统及存储介质，属于机器结构测试技术领域。本发明通过对振动信号构建汉克尔矩阵，从而能够捕获设备在实际运行中的动态特征，提高监测的准确性，再根据汉克尔矩阵，构建主导频率矩阵，体现不同信号段中主导频率的情况，构建的主导频率均值序列反映主导频率的平均水平，构建的主导频率变化序列反映不同段信号主导频率的变化情况，便于更好的捕捉六面顶压机的工作情况，采用双通道特征融合BP神经网络的处理方式，能够更有效地融合频率均值序列和频率变化序列，实现对工作状态的综合评估，提高了对潜在故障的敏感性和诊断的准确率。

技术研发人员：陆治刚,李卫民,张立英
受保护的技术使用者：青岛德铠重工有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5